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golang socket连接复用 – smux

今天来介绍一个socket连接复用的包
https://github.com/xtaci/smux

如图所示,多个channel输入通过smux合并在一个连接中,后端服务将连接中的channel分离出来进行处理

smux.jpg

场景分析

假设一个简单的使用场景,一个apiservice网关服务对外提供HTTP接口,后面还有一个rand随机数服务,对内提供随机数TCP接口。

客户端访问apiservice接口,apiservice连接randservice服务获取数据并返回。如果不做多路复用的话,apiservice和randservice之间的连接数就是客户端请求数,这样apiservice和randservice之间连接过多会导致性能问题。

               n link                   n link+-----------+          +-------------+           +---------------+|           <---------->             <----------->               ||  client   <---------->  apiservice <----------->  randservice  ||           <---------->             <----------->               |+-----------+          +-------------+           +---------------+

经过多路复用后,apiservice和randservice之间只有一个连接,这样无论多少个客户端请求都不会导致连接过多问题。

               n link                   1 link+-----------+          +-------------+           +---------------+|           <---------->             |           |               ||  client   <---------->  apiservice <----------->  randservice  ||           <---------->             |           |               |+-----------+          +-------------+           +---------------+

(当然这只是个示例场景而已,生产中apiservice和randservice之间使用RPC框架即可,不用我们手动写socket通信)

代码示例

1.随机数服务 randservice.go

package mainimport (    "bytes"    "encoding/binary"    "fmt"    "github.com/rs/zerolog"    "github.com/rs/zerolog/log"    "github.com/xtaci/smux"    "math/rand"    "net"    "runtime"    "time")func init() {    rand.Seed(time.Now().UnixNano())}/**一个生成随机数的tcp服务客户端发送'R', 'A', 'N', 'D',服务返回一个随机数*/func main() {    listener, err := net.Listen("tcp", ":9000")    if err != nil {        panic(err)    }    log.Info().Msg("随机数服务启动,监听9000端口")    defer listener.Close()    for {        conn, err := listener.Accept()        if err != nil {            fmt.Println(err.Error())            continue        }        go SessionHandler(conn)    }}/**处理会话每个tcp连接生成一个会话session*/func SessionHandler(conn net.Conn) {    session, err := smux.Server(conn, nil)    if err != nil {        panic(err)    }    log.Info().Msgf("收到客户端连接,创建新会话,对端地址:%s", session.RemoteAddr().String())    for !session.IsClosed() {        stream, err := session.AcceptStream()        if err != nil {            fmt.Println(err.Error())            break        }        go StreamHandler(stream)    }    log.Info().Msgf("客户端连接断开,销毁会话,对端地址:%s", session.RemoteAddr().String())}/**流数据处理*/func StreamHandler(stream *smux.Stream) {    buffer := make([]byte, 1024)    n, err := stream.Read(buffer)    if err != nil {        log.Error().Msgf("流id:%d,异常信息:%s", stream.ID(), err.Error())        stream.Close()        return    }    cmd := buffer[:n]    if bytes.Equal(cmd, []byte{'R', 'A', 'N', 'D'}) {        rand := rand.Uint64()        response := make([]byte, 8)        binary.BigEndian.PutUint64(response, rand)        stream.Write(response)        log.Debug().Msgf("收到客户端数据,流id:%d,随机数:%d, 响应数据:%v", stream.ID(), rand, response)    } else {        log.Warn().Msgf("收到未知请求命令,流id:%d,请求命令:%v", stream.ID(), cmd)    }}

2.api接口服务 apiservice.go

package mainimport (    "encoding/binary"    "fmt"    "github.com/rs/zerolog"    "github.com/rs/zerolog/log"    "github.com/xtaci/smux"    "net"    "net/http"    "runtime")/**随机数服务客户端连接*/var randClient *smux.Sessionfunc init() {    //连接后端随机数服务    conn, err := net.Dial("tcp", ":9000")    if err != nil {        log.Warn().Msg("随机数服务未启动")        panic(err)    }    session, err := smux.Client(conn, nil)    if err != nil {        log.Error().Msg("打开会话失败")        panic(err)    }    randClient = session}/**一个api网关,对外提供api接口调用随机数服务来获取随机数*/func main() {    defer randClient.Close()    http.HandleFunc("/rand", RandHandler)    http.ListenAndServe(":8080", nil)}/**随机数接口*/func RandHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {    stream, err := randClient.OpenStream()    if err != nil {        w.WriteHeader(500)        fmt.Fprint(w, err.Error())    } else {        log.Debug().Msgf("收到请求,打开流成功,流id:%d", stream.ID())        defer stream.Close()        stream.Write([]byte{'R', 'A', 'N', 'D'})        buffer := make([]byte, 1024)        n, err := stream.Read(buffer)        if err != nil {            w.WriteHeader(500)            fmt.Fprint(w, err.Error())        } else {            response := buffer[:n]            var rand = binary.BigEndian.Uint64(response)            log.Debug().Msgf("收到服务端数据,流id:%d,随机数:%d, 响应数据:%v", stream.ID(), rand, response)            fmt.Fprintf(w, "%d", rand)        }    }}

原理分析

smux将socket连接封装成session,每次请求响应封装成一个stream,通过自定义协议发送数据

VERSION(1B) | CMD(1B) | LENGTH(2B) | STREAMID(4B) | DATA(LENGTH)  VALUES FOR LATEST VERSION:VERSION:    1/2    CMD:    cmdSYN(0)    cmdFIN(1)    cmdPSH(2)    cmdNOP(3)    cmdUPD(4)   // only supported on version 2    STREAMID:    client use odd numbers starts from 1    server use even numbers starts from 0    cmdUPD:    | CONSUMED(4B) | WINDOW(4B) |

比如我们发送的RAND命令封装成以下数据包发送给服务端,假设请求的STREAMID为11223344

VERSION(1B) | CMD(1B) | LENGTH(2B) | 11223344 | RAND
VERSION(1B) | CMD(1B) | LENGTH(2B) | 11223344 | 0102030405060708

扩展优化

但是这样又导致了另一个问题,由于apiservice和randservice之间只有一个连接,而这一个连接只能由一个goroutine处理,这样就导致性能低下
所以进一步扩展apiservice和randservice之间建立固定数量的连接,如10个连接,用来处理所有的请求,就是通过连接池的方式来性能最大化

改造后的示意图如下:

               n link                  10 link+-----------+          +-------------+           +---------------+|           <---------->             <----------->               ||  client   <---------->  apiservice <----------->  randservice  ||           <---------->             <----------->               |+-----------+          +-------------+           +---------------+

连接池版代码 apiservicewithpool.go

package mainimport (    "context"    "encoding/binary"    "fmt"    cpool "github.com/jolestar/go-commons-pool/v2"    "github.com/rs/zerolog"    "github.com/rs/zerolog/log"    "github.com/xtaci/smux"    "net"    "net/http"    "runtime")var commonPool *cpool.ObjectPoolvar ctx = context.Background()func init() {    factory := cpool.NewPooledObjectFactorySimple(NewSessionCpool)    commonPool = cpool.NewObjectPoolWithDefaultConfig(ctx, factory)    commonPool.Config.MaxTotal = 10}/**连接池生成新会话函数*/func NewSessionCpool(ctx context.Context) (interface{}, error) {    log.Debug().Msg("连接池中生成一个连接")    //连接后端随机数服务    conn, err := net.Dial("tcp", ":9000")    if err != nil {        log.Warn().Msg("随机数服务未启动")        panic(err)    }    //随机数服务客户端连接    session, err := smux.Client(conn, nil)    if err != nil {        log.Error().Msg("打开会话失败")        panic(err)    }    return session, err}/**一个api网关,对外提供api接口调用随机数服务来获取随机数通过sync.Pool实现“连接池” !!! 不推荐这种方式,sync.Pool的种种特性不适合作为连接池*/func main() {    http.HandleFunc("/rand", CommonPoolRandHandler)    http.ListenAndServe(":8080", nil)}/**随机数接口*/func CommonPoolRandHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {    obj, err := commonPool.BorrowObject(ctx)    if err != nil {        w.WriteHeader(500)        fmt.Fprint(w, err.Error())        return    }    client := obj.(*smux.Session)    stream, err := client.OpenStream()    if err != nil {        w.WriteHeader(500)        fmt.Fprint(w, err.Error())    } else {        log.Debug().Msgf("收到请求,打开流成功,流id:%d", stream.ID())        defer stream.Close()        stream.Write([]byte{'R', 'A', 'N', 'D'})        buffer := make([]byte, 1024)        n, err := stream.Read(buffer)        if err != nil {            w.WriteHeader(500)            fmt.Fprint(w, err.Error())        } else {            response := buffer[:n]            var rand = binary.BigEndian.Uint64(response)            log.Debug().Msgf("收到服务端数据,流id:%d,随机数:%d, 响应数据:%v", stream.ID(), rand, response)            fmt.Fprintf(w, "%d", rand)        }    }    commonPool.ReturnObject(ctx, obj)}

经过连接池改造后的模型就像MySQL或Redis的使用场景,每次请求相当于一个stream,多个stream共用一个session,一个session背后有一个socket连接,程序和MySQL或Redis之间创建多个session放入连接池中,每次请求从连接池中拿出session进行读写操作


文章来源:智云一二三科技

文章标题:golang socket连接复用 – smux

文章地址:https://www.zhihuclub.com/6723.shtml

关于作者: 智云科技

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